JPH021517A - 有害物質暴露量の計測装置 - Google Patents

有害物質暴露量の計測装置

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JPH021517A
JPH021517A JP14308788A JP14308788A JPH021517A JP H021517 A JPH021517 A JP H021517A JP 14308788 A JP14308788 A JP 14308788A JP 14308788 A JP14308788 A JP 14308788A JP H021517 A JPH021517 A JP H021517A
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敏昭 東
Toshihiko Sato
敏彦 佐藤
Yutaka Tomita
豊 富田
Mitsuki Sagane
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、社会医学分野における身体的労働を伴う作業
環境下での労働量に対応した有害物質暴露量の計測装置
に関する。
従来の技術 近年、粉塵、有機溶剤等、例えば石綿等の繊維状粉塵等
の大気中に存在する有害物質の健康に及ぼす障害が大き
な社会問題となっている。特に、このような有害物質に
直接関係する作業環境下では、通常、これらの有害物質
をa露しながら作業を行っており、作業者の労働量に対
応した有害物質の暴露量を計測し、環境の改善を逐次達
成していくことが社会的に重要なことである。
このとき、労働の身体的負荷が大きくなれば呼吸量の増
大が促進されるため、心拍が高くなる傾向にあることは
、運動生理学上の所見からも明かである。よって、身体
゛的作業の範ちゅうにおいて、各々有害物質の許容暴露
量を決定し、作業環境の監視を継続的に行っていかなけ
ればならない。即ち、身体的負荷の大きい作業環境下で
は有害物質濃度を相対的に低く設定することが、このよ
うな作業を統括する実施者にとっては、社会的観点及び
経済的観点の双方において必要なことである。
ここに、従来、有害物質暴露量の測定方式としては、心
拍、呼吸量、身体的労働量等の生体情報と、環境温湿度
、環境の有害物質濃度等の環境条件情報とを、各々個別
、の計測装置により測定し、各々の計測データを集計し
て解析することにより、有害物質の暴露量を決定するよ
うにしたものがある。
発明が解決しようとする問題点 このような測定方式による場合、装置全体が大型化し、
実質的には、屋内作業環境下での暴露量測定に限定され
てしまうものである。また、データの集計・解析等にも
膨大な時間を要する。この点からも、個々の計測装置に
おける計測精度は高いものの、実際的な測定では、時々
刻々と変化する作業環境に対する測定同期の困難性があ
り、かつ、データ処理上でのミス等により得られる暴露
量データの信頼性に欠ける傾向にある。例えば、現在市
販されている粉塵計測装置によると、労働環境における
粉塵量計測という一面のみであり、市販計測器単体では
、作業者の労働環境に対して十分には目的を達成できる
ものは存在しない。
特に、屋外等の比較的空間領域が広く、かつ、身体的負
荷の大きい作業環境下では、作業に対応した有害物質暴
露量を定量的ないしは定性的に計測することは、実質上
、不可能な現状にある。
また、この種の計測装置では、作業環境下での作業者の
有害物質暴露量を計測するといっても、その通常作業に
支障を来すことのないよう、拘束性のないことも重要で
あるが、呼吸量の直接的測定等によると作業を中断せざ
るを得ない等、このような点も特に考慮されていない。
問題点を解決するための手段 まず、センサとしては、少なくとも心拍数を検出する心
拍センサと、大気中の有害物質濃度を検出する有害物質
センサとを設ける。また、これらのセンサからの検出信
号は有線的又は無線的に結合させる接続端子を備えた装
置本体を設ける。さらに、この装置本体には、測定条件
を設定するキー入力手段と、表示手段とを設けるととも
に、心拍センサにより検出された信号波形を心拍パルス
に変換する心拍パルス変換手段と、有害物質センサによ
り検出された有害物質濃度の検出信号の振幅に対応した
デジタル値に変換する濃度変換手段と、心拍数を呼吸量
に換算する換算値を格納したROMとを設け、かつ、心
拍パルス変換手段により得られる心拍パルスを計数して
心拍数を演算しROMから読出した換算値によりこの心
拍数を呼吸量に変換し前記濃度変換手段により得られた
有害物質濃度のデジタル値から単位時間当りの有害物質
暴露量を演算するマイクロプロセッサを設ける。
さらには、装置本体に着脱自在で測定結果を格納するカ
ード形の電子的記憶手段を設ける。
作用 有害物質の暴露量を測定するためには、大気中の有害物
質量とともに、呼吸量が判ればよい。しかるに、呼吸量
を直接的に測定するとなると、被検者となる作業者を拘
束することになる。この点、本出願人の実験結果によれ
ば、心拍数と呼吸量との間には極めて密接な相関関係が
あり、特に、屋外等の比較的強度な身体的負荷を伴う作
業環境下では、心拍数と呼吸量とに直線的な関係がある
ことが判明したものである。よって、このような関係に
基づき心拍数から呼吸量に換算するための換算値を予め
ROMに格納しておき、呼吸量測定の代替として、まず
、身体的拘束性の少ない心拍センサにより被検者の心拍
信号波形を測定し、これを心拍パルス変換手段により心
拍パルスに変換してマイクロプロセッサにより心拍数を
計数し、換算値を用いて演算することにより呼吸量に換
算する。一方、環境的な大気中の有害物質濃度は、通常
通り、有害物質センサにより検出し、濃度変換手段によ
りセンサ検出信号の振幅に対応してデジタル値化する。
よって、両方のデータを用いてマイクロプロセッサで演
算処理することにより、単位時間当りの有害物質暴露量
が定性的かつ定量的に算出される。また、このように算
出された暴露量の結果は電子的記憶手段に記憶される。
実施例 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
まず、第2図は本実施例による測定装置の外観を示すも
ので、携帯的なサイズの装置本体1の表面には、電卓等
と同様にO〜9なるテンキー2や、A、B、C,D、*
、#等で示す数個のファンクヨンキ−3が設けられてい
る。これらのキー2゜3がキー入力手段となる。即ち、
これらのキー2゜3は、使用者が測定に際して被験者I
Dコード、日付、時刻、各チャンネルの測定間隔等の測
定条件をプリセット設定するために用いられる。この他
、電源スィッチ4やマーキングスイッチ5、測定中断コ
ントロールスイッチ6も設けられている。
これらのスイッチ5,6はオン/オフ動作可能なもので
あり、各々大幅な体動等の瞬間的アクシデントが発生し
た時、食事などにより測定を中断する時などに際して被
験者が操作するものである。
また、これらのキー2,3の北部には表示手段としての
LCD (液晶デイスプレィ)7が設けられている。こ
のLCD7は例えば16文字×2行表示の文字型表示形
態をとるもので、主として、使用者が測定条件を設定す
る場合又は測定中の測定ミス或いは誤動作発生時のエラ
ーメツセージ等を表示するために用いられる。
さらに、装置本体1内には、第1図に示すように、マイ
クロプロセッサとしてのCPU8やRAM9、ROM 
10等が内蔵されている。まず、CI) U 8は8ビ
ツトマイクロプロセツサであり、Ch1〜ch5の各チ
ャンネルから検出入力されるアナログ信号の計測制御及
びデータ処理等をROMl0に格納されたプログラムに
従い時間的にシーケンシャルに実行するものである。R
AM9は測定条件等の測定制御に必要な定数を一時的に
記憶するために使用される。これらのRAM9やROM
 I O及び前記キー2,3、スイッチ5,6、前記L
CD7を駆動させるLCDドライバ11はCI) U 
8に対しデータバス12により接続されている。この他
、カレンダ13もデータバス12に接続されている。こ
のカレンダ13は通常のデジタル型腕時計等に利用され
ているICC溝下あって、プリセット端子が付いたもの
が用いられ、測定中の測定間隔及び測定時刻を参照する
ために使用される。また、サウンド回路14も設けられ
ている。サウンド回路14は制御信号に従い通常の電子
音を発生する回路構成のもので、誤動作発生時、測定条
件の各項目プリセット完了時、電池起動電力消耗時等に
電子音を発し、使用者や被験者に知らせるものである。
また、本装置は携帯的であって、内蔵した電池15によ
り動作可能に構成され、;1(す定中の’It池消耗等
はバッテリチエッカ回路16により常に検知される。
また、装置本体1の先端端面にはチャンネルCh1〜c
h5で示す測定対象センサ接続用の5個の接続端子17
が設けられている。これらの接続端子17につき、本実
施例では、例えばチャンネルchiには心拍センサの一
例としての心電センサ18、チャンネルch2には有害
物質センサ19が接続される他、チャンネルch3には
体温センサ20、チャンネルch4には環境温度センサ
21、チャンネルch5には環境湿度センサ22が必要
に応じて接続されるようにチャンネル付けされている。
ここで、心電センサ18は例えば3極誘導型の電極を用
いて被験者の身体の一部に直接粘着テープ等により固定
して心電波形を検出するものであるが、詳細は後述する
。有害物質センサ19は大気中の粉塵、有機溶剤等の有
害物質の濃度を光学的方法又は蒸着膜等の有機物質吸着
量による抵抗変化を利用する方法辱により検出するもの
であり、その検知部分(センシング部分)は装置本体1
を装着する時にその近傍に設置されるが、装置本体1の
外縁部に一体的に設置してもよい。体温センサ20はサ
ーミスタ、IC温度センサ等の固体電子材料で構成され
たものであり、心電センサ18と同様に粘着テープ等を
用い被験者の腹部等に固定する。また、環境温度センサ
21は体温センサ20と同様の材料によるものが用いら
れるが、温度分解能は体温センサ20よりも粗く設定さ
れる。また、環境湿度センサ22としてはセラミックス
等の水蒸気吸着特性による抵抗変化を利用して検出する
方式のものが用いられる。
これらのセンサ21,22の配線ないしは配設は、有害
物質センサ19の場合と同様に、装置本体1に一体的に
組込んでもよいが、リード線等を用いて近傍配置として
もよい。何れにしても、これらのセンサ・接続端子間の
結合は、有線的な結合に限らず、無線的な結合方式であ
ってもよい。
これらのセンサ18〜22による検出信号は、何れもア
ナログ信号であり、その検出レベルが各々異なるため、
各々増幅器23〜27により基準レベル、例えばTTL
レベルまで増幅した後、データバス12側に取込まれる
ようにされている。
この際、チャンネルchiなる接続端子17は心電セン
サ18用として固定であり、この心電センサ18からの
検出信号は増幅器23により増幅された後、心拍パルス
変換手段としての心拍パルス変換回路28を介してデー
タバス12によりCPU8に取込まれるように構成され
ている。一方、残りのセンサ19〜22からの検出信号
は各々の増幅器24〜27により増幅された後、アナロ
グマルチプレクサ29及び濃度変換手段となるA/D変
換器3oを介してデータバス12によりCPU8に取込
まれるように構成されている。即ち、有害物質センサ1
9については固定端子方式ではなく、測定対象が変化し
ても対応可能な構成とされており、測定条件設定時に、
センサの構成条件を測定対象に対応させて設定し、その
構成条件を予めROMl0に格納しておくだけで、外観
上の構成変更を伴うことなく、仕様変更できる。また、
本実施例ではセンサとしては心電センサ18と有害物質
センサ19とを必要不可欠のものとし、センサ20,2
1.22類は作業環境と身体的負荷をより詳細に知るた
めの参照データを得るためのものであり、もし、必要で
あれば、この他に血圧、運動量、筋電等の生体情報用の
センサを付加し、それに合せてチャンネル数を増やすよ
うにししてもよい。
さらに、装置本体1に対しては電子的記憶手段としての
RAMカード31が着脱自在とされており、装着された
状態ではRAMカードインターフェース32を介してc
pua側と接続されるように構成されている。このRA
Mカード31はチャンネルchi〜ch5を通じて入力
されるデータを継続的に格納するための記憶媒体であり
、内部にバックアップ電池を内蔵し、長時間に渡ってデ
ータの保存及び読出し/書込みが可能とされている。こ
の他、読出し/書込み可能なE”ROM を用いれば、
電池を内蔵させることなく、半永久的に使用可能ともな
る。
このような構成において、心電センサ18を用いること
が本実施例の大きな特徴の1つであるが、被験者の心電
図パターンを認識すること自体が目的でなく、その心拍
数を計測することが目的である。これは、心拍数が呼吸
量と密接な関係があるからである。これらの点について
、詳細に説明する。
まず、第3図は心電図の一般的波形を示す図であり、医
療診察面では、連続的な心電波形を用いて心疾患等の臨
床的診断が行われる。これに対し、本実施例ではこのよ
うな心電波形のパターンに直接関係するものではないが
、心電波形に基づき心拍数を算出するために心電パター
ンの特にR波を取扱うことと、心拍数を高精度に検出す
るために心電図と同一の心電センサ18を用いることか
ら、心電波形の性質を簡単に説明する。一般に、健常人
の心電波形では、第3図に示すように心臓の収縮に対応
した特徴的なパターンが表れ、臨床上、これらは各々P
、Q、R,S、T、U波と称される。ここに、心疾患等
の異常があると、これらのパターンが部分的に乱れるが
、臨床上では、ミネソタコードと称される各病名に対応
したカテゴリーに分類され、体系的にまとめられる。
そして、心拍数を測定する場合、単位時間当りの心拍パ
ルス数を測定すればよい。この測定には、一般には、心
電波形のR波の間隔を測定するのが普通である。この心
周期Tは、一般に、R−R間隔と称される。その理由は
、R波が極めて急峻な波形であり、その振幅レベルが大
きいため、検出が容易であり、極めて高精度に心拍パル
スに変換可能だからである。
ここに、具体的な負荷がある場合、その負荷が大きい程
、又は負荷の継続時間が長い程、心拍数は多くなる。例
えば、ある検体に対して作業前の心電図と軽い作業を行
っている最中の心電図とをとった場合、各々第4図(a
)(b)に示すような特性が得られたものである。この
場合、心電波形のR波の間隔を心周期と定義し、前者の
心周期をTi、後者の心周期をTi′とすると、 Ti)Ti’ なる関係となり、身体的負荷が加わることにより、心拍
数が増加することが判る。
そして、健康増進分野でよく利用されるトレッドミルを
用いた時の、負荷時間に対する心拍数と呼吸量との関係
を、ある健常人を検体として測定したところ、第5図に
示すような特性が得られたちのである。第6図はこの結
果に基づく、心拍数と呼吸量との直接的な関係を示すも
のである。第6図において、心拍数75は平常時(第4
図(a)相当)の心拍数を示し、Eが身体的負荷を伴う
作業の心拍数変動範囲を示す。これらの特性図によれば
、心拍数と呼吸量との間には極めてよい相関関係があり
、特に範囲Eで代表されるように、屋外等での比軟的強
度な身体的負荷を伴う作業環境では心拍数と呼吸量とが
直線的な関係にあることが判る。この結果、有害物質暴
露量を測定するために、一般に身体的拘束を伴う呼吸量
測定を直接的に行うことなく、この呼吸量の代替として
心拍数を経時的に検出して呼吸量に換算すればよいこと
が理解される。そのため、本実施例ではその前段階とし
て、身体的拘束を殆ど伴わない心電センサ18により心
電波形を検出し、その検出結果を心拍パルス変換回路2
8により心拍パルスに変換し、一定時間内のこの心拍パ
ルスをCPU8にて計数することにより心拍数を算出す
るものである。
このため、心拍パルス変換回路28は例えば演算増幅器
(○Pアンプ)を用いた比較回路構成のものであり、例
えば第7図(a)に示すように予め設定された閾値レベ
ルT Hと心電センサ18から得られる心電波形とを比
較し、同図(b)に示すような心拍パルスをCPUg側
に対して出力するものである。
一方、有害物質センサ19に基づきチャンネルch2に
得られるアナログ信号は、計測値に対応、即ち有害物質
濃度に対応してその振幅レベルが変化する性質を持つ信
号であるため、アナログマルチプレクサ29を介してA
/D変換器30によりA/D変換され、振幅対応のデジ
タル値とされてからデータバス12を介してCPU8に
取込まれる。他のセンサ20,21.22に基づきチャ
ンネルch3.ch4.ch5に得られるアナログ信号
も、各々計測値に対応してその振幅レベルが変化する性
質を持つ信号であるため、同様に、アナログマルチプレ
クサ29を介してA/D変換器30によりA/D変換さ
れ、振幅対応のデジタル値とされてからデータバス12
を介してCPU8に取込まれる。アナログマルチプレク
サ29はCPU8からの制御信号により、チャンネルc
h2〜ch5中の1つのみを選択して取込むための切換
え機能を持つものである。
このような構成において、本実施例の有害物質暴露量の
算出方法を説明する。まず、t:測定時間〔分)、e(
t):心拍数[beat/分]、b(t):呼吸量[Q
/分〕とすると、呼吸量b(t)は第6図により心拍数
e(t)の関数となるので、b(t)=F (e(t)
)     ・・・・・・・・・・・・・・・(1)と
して表される。
一方、p(t)を大気中の有害物質量〔μg / Q 
]とすると、単位時間当りの吸気に含まれる有害物質量
m(tL(μg/分〕は、 m(t)−p(t)・b(t) =p(t)・F (e(t))・・・・・・・・・・・
・・・・(2)となる。
よって、(2)式より、単位時間内の吸気中に含まれる
有害物質量、即ち、被検者の呼吸器系に取込まれる単位
時間当りの有害物質暴露量m(t)は、被検者の心拍数
e(t)と、大気中の有害物質量p(1)とを測定すれ
ばよいことが判る。
また、時刻t1からt2までの間、作業を行った場合の
総合暴露量Mは、(2)式より、し+        
          1.+となる。実際には、サンプ
リング計測であるため、時刻t1からt2までの間のサ
ンプリング回数をnとすると、(3)式は次のようにな
る。
M=Σpi−F(et)         ・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・(4)i=1 但し、ptはサンプリングi回目の大気中有害物質量、
elはサンプリングi回目の心拍数である。
ここに、(1)式の関係、即ち、心拍数を呼吸量に換算
する換算値は、予めROMl0内に格納されており、C
PU8はこの換算値をROMl0から読出し、心電セン
サ18、心拍パルス変換回路28を経て得られる心拍数
を呼吸量に換算し、有害物質センサ19側から得られる
有害物質量のデジタル値とともに、前述した(2)式又
は(4)式に示した演算処理を行うことにより、単位時
間当りの有害物質暴露量又は作業時間内の総合暴露量を
算出する。
なお、(2)式や(4)式に示した測定間隔を可変的な
ものとし、予めプリセット可能な測定間隔で連続的に心
電波形と有害物質濃度とを測定するようにしてもよい。
例えば、有害物質濃度が有機溶剤のように急激に変化す
るものの場合には、(2)式や(4)式に示した測定間
隔を短く設定すればよい。
また、前述した(1)式中のb(t)は被検者の吸気量
であるが、吸気中の有害物質濃度を計測することにより
、体内に蓄積される有害物質量を決定することが可能で
あり、予めこれらの関係を検定し、その換算を行うよう
にすれば、体内蓄積有害物質量を決定することが可能で
あり、取込み量だけでなく、有害物質蓄積量の測定も可
能となる。
そして、上記のように測定されたリアルタイムでの単位
時間内の有害物質暴露量又は作業時間内の総合暴露量は
、本実施例では、その計測日時、環境温度とともにRA
Mカード31にその結果が記録される。このようなRA
Mカード31方式によれば、被検者個々のデータ管理が
可能かつ容易であり、これらの個々のRAMカードに基
づき市販のマイクロコンピュータ等の解析装置を用いる
事により、統計的に有害物質の作業環境基準を決定する
ことが可能となる。もっとも、RAMカード31には有
害物質濃度p(し)と心拍数e(t)とのデータのみを
書込み、(2)式や(4)式による暴露量算出の演算は
上記のマイコン等の解析装置で行わせることも可能であ
る。
なお、本実施例では、心拍センサとして心電センサ18
を用いた例て説明したが、要は、心周期を検出し得るセ
ンサであればよく、この他、例えば心音、脈拍等を検出
するセンサであってもよい。
このように本実施例の測定装置によれば、非常に小型の
ものであり、特に、第1図に示した主要部品をカスタム
IC化構成すれば、最近の電卓推みの小さなものとなり
、携帯性の高いものとなる。
従って、身体的負荷を伴う作業環境下において、屋内・
屋外を問わず、かつ、作業者に対する拘束性が少なく作
業内容を中断・変更することなく、時々刻々と変化する
身体的負荷及び有害物質濃度に対応したs′B量の測定
を継続的かつ定量的に測定することができ、作業環境改
善の一助となし得る。
また、本実施例方式の計測装置は、健康科学分野におけ
る生体情※I計測モニター、特に日常健康管理における
小型・無拘束の健康度指標計測モニター等としても応用
できる。
発明の効果 本発明は、上述したように心拍数と呼吸量との深い相関
関係に着目し、心拍信号波形を変換した心拍パルスに基
づく心拍数から呼吸量を換算し、有害物質センサにより
測定された有害物質濃度データとから有害物質暴露量を
算出すればよいので、センサとしては有害物質センサの
他に、測定に際して拘束性の少ない心拍センサを設けれ
ばよく、よって、身体的労働を伴う環境下で作業者に対
する拘束性が極めて少なく作業の中断・変更等を伴うこ
となく継続的かつ定量的に暴露量をリアルタイムで計測
することができ、電子的記憶手段をも設ければ計測結果
の記録も可能で、統計的な解析等に供し、有害物質の作
業環境基準決定の一助に供することができる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の一実施例を示し、第1図はブロック図、
第2図(a)は装置本体の平面図、第2図(b)はその
正面図、第2図(c)はその側面図、第3図は一般的な
心電波形図、第4図は作業前・中の心電波形の変化を示
す波形図、第5図は時間−呼吸量、心拍数特性図、第6
図は心拍数−呼吸量特性図、第7図は心電波形図である
。 1・・・装置本体、2,3・・・キー入力手段、7川表
示手段、8 ・マイクロプロセッサ、10・・・ROM
、17・・・接続端子、18・・心拍センサ、19・・
有害物質センサ、28・・・心拍パルス変換手段、3゜
濃度変換手段、3■・・・電子的記憶手段1−」jll
l、T (弓、こ立山

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、心拍数を検出する心拍センサと、大気中の有害物質
    濃度を検出する有害物質センサと、これらのセンサから
    の検出信号を有線的又は無線的に結合させる接続端子を
    備えた装置本体と、測定条件を設定するキー入力手段と
    、表示手段と、前記心拍センサにより検出された信号波
    形を心拍パルスに変換する心拍パルス変換手段と、前記
    有害物質センサにより検出された有害物質濃度の検出信
    号の振幅に対応したデジタル値に変換する濃度変換手段
    と、心拍数を呼吸量に換算する換算値を格納したROM
    と、心拍パルス変換手段により得られる心拍パルスを計
    数して心拍数を演算し前記ROMから読出した換算値に
    よりこの心拍数を呼吸量に変換し前記濃度変換手段によ
    り得られた有害物質濃度のデジタル値から単位時間当り
    の有害物質暴露量を演算するマイクロプロセッサとから
    なることを特徴とする有害物質暴露量の計測装置。 2、装置本体に着脱自在で測定結果を格納するカード形
    の電子的記憶手段を設けたことを特徴とする請求項1記
    載の有害物質暴露量の計測装置。
JP14308788A 1988-06-10 1988-06-10 有害物質暴露量の計測装置 Expired - Lifetime JP2654489B2 (ja)

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JP14308788A JP2654489B2 (ja) 1988-06-10 1988-06-10 有害物質暴露量の計測装置
US07/835,036 US5164898A (en) 1988-06-10 1992-02-10 System for determining hazardous substance exposure rate from concentration measurement and heart rate data

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JP14308788A JP2654489B2 (ja) 1988-06-10 1988-06-10 有害物質暴露量の計測装置

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JP2654489B2 JP2654489B2 (ja) 1997-09-17

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